張懷仁，洪 偉，涂從剛，吳 松

(1.水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心，河南 鄭州 450044；2.水利部綜合事業(yè)局，北京 100053)

水工金屬結(jié)構(gòu)通常包括閘門、啟閉機(jī)及其他附屬設(shè)施，其功能主要是攔截水流、控制流量、調(diào)節(jié)水位、排放漂浮物等，是水利工程安全可靠運(yùn)行的重要組成部分[1- 5]。我國是世界上已建水利工程最多的國家，很多水利工程修建于20世紀(jì)50—70年代，由于當(dāng)時(shí)資金、技術(shù)、施工工藝等因素的限制，建設(shè)質(zhì)量參差不齊，特別是水工金屬結(jié)構(gòu)包括閘門、啟閉機(jī)與控制設(shè)備，目前多數(shù)已陳舊老化，存有較大安全隱患，很大程度上威脅著下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[5- 11]。

2018年汛前，河南某大型水利樞紐工程在檢修中發(fā)現(xiàn)溢洪道1號弧形閘門不能有效開閉，水庫安全度汛存在重大隱患。為快速找出故障原因，消除故障隱患保證工程安全，技術(shù)人員對該溢洪道弧形閘門、液壓啟閉機(jī)及其附屬設(shè)施進(jìn)行了故障檢測，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷與分析，提出針對性的整改建議，建設(shè)單位依據(jù)整改建議進(jìn)行整改，有效保證了該水利樞紐安全可靠運(yùn)行。

1 故障檢測數(shù)據(jù)

1.1 外觀巡視檢查情況

通過對該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀巡視檢查，主要故障情況包括：閘門運(yùn)行不穩(wěn)定，在1m以下開度有卡阻停機(jī)現(xiàn)象，閘門在小于1m開度的位置曾連續(xù)發(fā)生3次自動停機(jī)現(xiàn)象；支鉸潤滑不充分，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)啟閉機(jī)2個(gè)油缸上支鉸部位有間斷性異常響聲。

1.2 外觀檢測情況

在外觀巡視檢查了解了基本故障情況下，對該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了外觀檢測，主要檢測結(jié)果如下。

(1) 閘門運(yùn)行狀況檢測。閘門在全閉狀態(tài)下自動啟升時(shí)，左側(cè)正常啟升，右側(cè)未啟升；復(fù)位后重試仍是左側(cè)正常啟升，右側(cè)未啟升；采用手動糾偏啟動右側(cè)油缸，閘門全行程啟閉正常，閉門后再啟閉未見異常。

(2) 側(cè)向支撐。閘門全閉狀態(tài)時(shí)，左側(cè)頂部、中間部位、底部3個(gè)滑塊與側(cè)軌的間隙分別為：8、4、0mm；右側(cè)頂部、中間部位、底部滑塊與側(cè)軌的間隙從上往下分別是：0、1、1mm；左上滑塊工作面整體拉傷，溝槽深度2mm，如圖1所示。

圖1 左上滑塊嚴(yán)重拉傷

(3) 止水裝置。左側(cè)止水橡皮相對面板邊緣外移10～15mm(如圖2所示)，且在面板邊緣加焊一根φ12mm鋼筋，但現(xiàn)場檢查鋼筋支撐部位的橡皮(背面)龜裂嚴(yán)重，有明顯的擦痕(如圖3所示)；右側(cè)止水橡皮相對面板邊緣外移5～8mm，閘門最大開度時(shí)，在可見范圍內(nèi)沿止水壓板邊緣止水橡皮已經(jīng)全部開裂(如圖4所示)。

圖2 側(cè)止水橡皮與面板邊緣間隙

圖3 弧門左側(cè)止水橡皮裂紋

圖4 右側(cè)止水橡皮撕裂

(4)與弧形閘門配套的液壓啟閉機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓力為20MPa，實(shí)測系統(tǒng)壓力為22.6MPa；有桿腔計(jì)算油壓為18.96MPa，實(shí)測有桿腔油壓達(dá)到21.8MPa；左右油缸上支鉸部位在運(yùn)行時(shí)有輕微響聲；液壓油污染度等級為NAS12級，嚴(yán)重超標(biāo)。

1.3 空間位置及形態(tài)測量結(jié)果

利用工業(yè)測量系統(tǒng)(SMN系統(tǒng))建立支鉸空間坐標(biāo)系(如圖5所示)，A、B、C、D分別是左、右支鉸軸各端面的圓心，O1、O2分別是左、右支鉸軸的中心，O點(diǎn)是O1O2連線的中心。以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以O(shè)1O2在水平面內(nèi)的投影為x軸，水流方向?yàn)閥軸，z軸鉛垂向上。

圖5 支鉸空間坐標(biāo)系

在上述測量坐標(biāo)系中，x軸代表理想支鉸軸線，y軸代表孔口中心線，任意一點(diǎn)的三維坐標(biāo)值分別代表下述含義：x坐標(biāo)值代表該點(diǎn)至孔口中心線的水平距離，正值表示該點(diǎn)位于孔口中心的右側(cè)，負(fù)值表示該點(diǎn)位于孔口中心的左側(cè)；y坐標(biāo)值代表該點(diǎn)在里程方向上至弧門支鉸理想軸線的水平距離，正值表示該點(diǎn)位于弧門支鉸理想軸線的下游方向，負(fù)值表示該點(diǎn)位于弧門支鉸理想軸線的上游方向；z坐標(biāo)值代表該點(diǎn)在高程方向上至弧門支鉸理想軸線的鉛垂距離，正值表示該點(diǎn)高于弧門支鉸理想軸線，負(fù)值表示該點(diǎn)低于弧門支鉸理想軸線。

通過工業(yè)測量系統(tǒng)(SMN系統(tǒng))對該溢洪道金屬結(jié)構(gòu)相對空間位置及形態(tài)進(jìn)行測量，包括弧門支鉸空間位置及形態(tài)測量(結(jié)果見表1)、弧門側(cè)軌上各測點(diǎn)至孔口中心的距離偏差(結(jié)果如圖6所示)、弧門側(cè)軌至孔口中心的距離偏差(結(jié)果如圖7所示)、弧門上、中、下主橫梁啟閉過程的高差變化(如圖8所示)、弧門不同開度時(shí)門體扭曲(結(jié)果見表2)、液壓啟閉機(jī)油缸支鉸位置測量(結(jié)果見表3)。

2 故障診斷與分析

根據(jù)該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)外觀巡視檢查、外觀檢測、空間位置及形態(tài)測量結(jié)果，進(jìn)行故障診斷與分析。

(1) 由于閘門(含埋件)和啟閉機(jī)的安裝空間位置和形態(tài)多個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)超標(biāo)，如弧門支鉸的位置和形態(tài)、啟閉機(jī)油缸上支鉸位置、門體組裝和安裝偏差、側(cè)軌的位置和形態(tài)、門體側(cè)滑塊與側(cè)軌的間隙、側(cè)止水橡皮的預(yù)壓縮量等，導(dǎo)致閘門在啟閉過程中存在卡阻、附加應(yīng)力以及變形情況，額外增加了啟閉閘門的啟閉力，啟閉機(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

(2) 閘門側(cè)滑塊跨距大于或接近于局部側(cè)軌跨距以及側(cè)軌表面有異物(已嚴(yán)重拉傷側(cè)滑塊)，是該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)啟閉過程中卡阻的主要原因。

(3)啟閉機(jī)液壓油污染度嚴(yán)重超標(biāo)，易產(chǎn)生因閥組卡阻導(dǎo)致的啟閉機(jī)不能正常運(yùn)行。

表1 3#孔弧門支鉸空間位置及形態(tài)測量數(shù)據(jù) 單位：mm

圖6 弧門側(cè)軌上各測點(diǎn)至孔口中心的距離偏差

圖7 弧門側(cè)軌至孔口中心距離偏差示意圖

圖8 弧門上、中、下主橫梁啟閉過程的高差變化

表2 弧門不同開度時(shí)門體扭曲檢測數(shù)據(jù)

表3 液壓啟閉機(jī)油缸支鉸位置測量數(shù)據(jù) 單位：mm

3 建議整改措施與結(jié)果

根據(jù)該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)故障診斷與分析，建議整改措施包括：按設(shè)計(jì)值合理調(diào)整側(cè)滑塊與側(cè)軌的間隙，避免閘門因卡阻造成啟閉異常；按設(shè)計(jì)值合理調(diào)整側(cè)止水橡皮的預(yù)壓縮量，減小閘門啟閉摩阻力；調(diào)試合適的閘門自動糾偏參數(shù)；啟閉機(jī)自動停機(jī)的開度差值設(shè)定為25mm；過濾或更換液壓油，避免液壓啟閉機(jī)因閥組卡阻不能正常運(yùn)行；檢查清理弧門側(cè)軌表面異物，保持工作面平整光滑；更換被弧形閘門拉傷的側(cè)向滑塊；更換弧形閘門側(cè)止水橡皮；改善液壓啟閉機(jī)左、右兩側(cè)油缸上支鉸的潤滑狀況；閘門側(cè)滑塊和側(cè)止水橡皮按設(shè)計(jì)值合理調(diào)整后，應(yīng)復(fù)驗(yàn)閘門在啟閉機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓力下能否正常啟閉；根據(jù)液壓啟閉機(jī)運(yùn)行頻率，確定液壓油污染度檢測周期；所有檢修措施應(yīng)征得設(shè)計(jì)部門審查同意；制定溢洪道應(yīng)急防洪預(yù)案，確保設(shè)備運(yùn)行安全。

管理單位依據(jù)建議整改措施在汛前進(jìn)行了針對性整改，消除了該溢洪道水工金屬結(jié)構(gòu)故障，保證了該水利樞紐行洪安全與安全可靠運(yùn)行。